第8章 自然世界的 氣候、地形和龐雜度

1. 第8章 自然世界的氣候、地形和龐雜度

2. 第8章 自然世界的氣候、地形和龐雜度 • 8.1 隨著緯度，陽光照射的差異，產生全球氣溫和與量的分佈變化。 • 8.2 季節是環境可預期的變動。 • 8.3 環境的不規則變動 • 8.4 地形和地質特徵對全球氣候的影響。 • 8.5 雨量和蒸發的平衡 • 8.6 植物的分佈受到氣候、地形和土壤的影響。

3. 第8章 自然世界的氣候、地形和龐雜度 • 8.7 植物和動物對其生活環境的適應。 • 8.8 以植物型與氣候相關來作植被的分類。 • 8.9 因為氣溫和與量的差異，造成全球的life zones有差異。 • 8.10 biome觀念將自然世界劃分為大量度的類別。 • 8.11 水域生態體系的分類，基於其物理特質。

4. 溫帶湖泊的季節性周期 • Fig.8.11 spring overturn 和 fall overturn • fall overturn 的成效較大，浮游植物大量繁殖，這稱為 fall bloom。 • summer 有分層的現像： • epilimnion (上層) • hypolimnion (下層)(深層) • thermocline (溫度梯度)

5. 8.3 氣候的不規則變動 (El Niño) • El Niño ：(“little boy” in Spanish, a name referring to the Christ child)。 • 這個現像發生在耶誕節前後，有一股暖流逆向流向祕魯海岸，有時會強勁到將祕魯原有冷流逼走，而造成海產顯著下降。 • El Niño 可能是受到Southern Oscillation反向的影響行而形成。這總稱為ENSO(El Niño Southern Oscillation)，約2-10年發生一次。(Fig.8.13) • 有時反而會有不尋常的冷流進入，這又稱為：La Niña (little girl in Spanish)

6. Fig.8-13 (a) multivariate ENSO index (MEI) for the years between 1950 and 1996. The MEI includes information about wind currents, ocean and air temperature, and atmospheric pressure.

7. Fig. 8-13 (b) comparison of MEI for seven ENSO events.

8. 8.4 地形和地質對區域的影響 • Riparian forrests (河岸或湖邊的樹林) • 北半球的南坡面，較乾旱，植物是Xeric 型；北面向較溼冷，植物是mesic 型。(Fig.8.14) • 海拔高度每升1,000公尺，氣溫下降6-10oC，這稱為 adiabatic cooling。平地氣溫30oC，海拔5,000公尺的高山地區，就會下降到零度以下。 • 不同海拔高度，有不同的植被(life zones)。Fig.8-15, p.150)

9. 地形和地質對區域的影響 • 登上2,600公尺的高山，就等於向北旅行至2,000公里遠的海平面之氣候。 • 除了地形高低的影響外，特殊的地質也會有特殊的植被。 • 美國太平洋沿岸的山脈，有一種火成岩(serpentine)，一般植物無法成長，因而被稱為serpentine barrens。但有少數特有植物可以生長。Endemics (特有種)

10. 8.5 雨量和蒸發的平衡 • Fig.8-17 氣溫(t)、蒸發量(et)、葉總質量(fm)、雨量(p)和土壤的貯水量(sws)的關係。沙漠、草原、季節落葉林。 • 山區的蒸發量愈大，局部雨量愈多。

11. Fig.8-17 relationship among temperature(t), evapotranspiration (et), mass of the foliage (fm), precipitation (p), and soil water storage (sws) for desert.

13. 8.6 植物的分佈受到氣候、地形和土壤的影響 • 植物的分佈與氣候型相關。Fig.8-18 四種不同的楓樹的地理分佈。

14. Fig.8-19 The distribution of tree species along a gradient of minimum available soil moisture in the coastal region. 於同一個氣候型，也可能因為土壤的溼度之不同，而有不同的植被。

15. Fig.8-20 土壤中的有機質和鈣質量的組合之不同，各有不同的植物生長。Wild black cherry, bloodroot, cream violet 和yellow violet.

16. 8.7 植物和動物對其生活環境的適應。 • Fig.8-21： 沙漠植物，通常葉片很小(a)，或成針狀(b)，或沒有葉片。 • (C)雖有多汁較大的葉片，但只存在於雨季。

17. Fig. 8-22 白橡樹的樹冠多陽光下的葉片，比較有多個凹陷。遮陰處的葉片則較寬大。這與散熱有關。

18. 南加洲灌木林

19. Fig. 8-23 profiles of the root systems of chaparral species (left) and sage species (right). • chaparral 灌木的根系較深； sage 則是較淺。

20. Table 8-1 chaparral 和 Sage兩者的特徵 之比較。 Chaparral 根深，全年不落葉，葉片大，光合作用速率較慢，但全年光合產量反而較大。 Sage的根淺，夏季落葉，葉片小，蒸散快，光合作用速率可較快，但全年光合產量反而較少。

21. Fig. 8-24 摘除下的葉片之光合作用和蒸散作用之改變。Sage植物快速下降，但是toyon (chaparral species)卻略有提高。摘除下，葉片立即有乾旱的壓力。

22. 動物的環境、形態、與功能 • 一般來說，動物的形態對氣候環境，比較不敏感(與植物相比較)。 • 動物通常可不以形態來適應環境，而是以其生理和行為來適應。 • Why？ • (1) 植物有很高的表面積和體積比率。 • (2) 植物體的各部門比較要靠自己，不如動物體的各部門之特化程度。 • (3) 植物的生態角色類似。動物是有多種生態角色。

23. 8.8 以植物型與氣候相關來作植被的分類。 Raunkiaer's life forms (Fig. 8-25) • Phanerophytes：再生芽在頂端，易暴露於惡劣環境。 • Chamaephytes：再生芽接近地面。 • Hemicryptophytes：再生芽稍微有土壤和落葉保護。 • Cryptophytes：再生芽完全藏在地面下。

24. Fig. 8-25 Raunkiaer's life forms.

25. 8.9 因為氣溫和與量的差異，造成全球的life zones有差異。

26. Fig.8-26 平均年雨量、乾燥和潮濕程度，以及年平均生物溫度(biotemperature)可以將劃分出全球各地的植被類型。

27. Table 8-2 Walter's 分類 (全球氣候區)

28. Fig.8.27 Whittaker's分類 ：按平均氣溫和年雨量來區分全球的植被類型。

29. 8.10 biome觀念將自然世界劃分為大量度的類別。 • Terrestrial biomes：deciduous forest biome (落葉森林生物區)(Fig.8-29)、temperate needle-leaved biome(溫帶針葉生物區)(Fig.8-30)、temperate rain forest biome(溫帶雨林)(Fig.8-31)、temperate grassland biome (溫帶草原生物區)(Fig.8-32)、temperate shrubland biome(溫帶灌木生物區)(Fig.8-33)、Mediterranean woodland biome (地中海樹林生物區)(Fig.8-34)、subtropical desert biome(Fig. 8-35)

30. Fig. 8-28 The major biomes of the world.

31. Biomes • Boreal forest biome (北方森林生物區)(Fig.8-36)：又稱為：taiga：分佈在約北緯50o(美洲)，60o(歐洲和亞洲)。年平均在5oC之下。 • Tundra biome (凍原生物區) ： permanently frozen soil (permafrost) (Fig.8-37) • Alpine tundra biome (山區凍原生物區)(Fig.8-38) • Equatorial and tropical biomes (赤道和熱帶生物區)：南北緯20o間。熱帶雨林、熱帶季風林、熱帶草原(savanna) (Fig.8-39, 40, 41)

32. 8.11 水域生態體系的分類，基於其物理特質。 • The major kinds of aquatic environments are stream, lakes, estuaries, and oceans. • Stream(河川)，起源自「急流」(riffles)，進入一些小池塘(pools)。急流氧氣豐富，小池塘累積淤泥和有機質，這些是allochthonous (外來的)物質。進入中下游，情況慢慢轉成autochthonous (自生的)有機物質，最後進入河口地區。整個系統稱為：fluvial systems。 • River continuum(河流連續)concept； down stream drift is balanced by the active movement of animals upstream.

33. 水域生態體系 • 湖泊(Lakes)：form in any kind of depression. • Littoral 區(Fig.8-42 香蒲)和 limnetic 區，以及benthic(底棲) 區 • Estuaries (河口區)：淡鹹水混合區 • Ocean(海洋)：littoral(岸)區、neritic(陸棚) 區(100m-200m深)、oceanic區。垂直分層有photic(有光) 區和 aphotic(無光) 區。 • Atoll (珊瑚環礁)

34. Suggested readings • Barber, R. T. and E. P. Chavez (1983) Biological consequences of El Nino. Science 222:1203-1210. • Jeffree, E. P. and C. E. Jeffree (1994) Temperature and biogeographical distributions of species. Functional Ecology 8:640-650. • Philander, G. (1989) El Nino and La Nina. American Scientist 77:451-459. • Rasmussen, E. M. (1985) El Nino and variations in climate. American Scientist 73:168-177.

35. 問題與討論 • 請提出問題！